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        借助GeoGebra 的3D作圖功能認(rèn)識空間解析幾何中的平面與曲面

        2020-06-28 07:58:04楊付貴
        黑龍江科學(xué) 2020年11期
        關(guān)鍵詞:拋物效果圖平行

        閆 湛,楊付貴

        (廣州工商學(xué)院,廣州 510000)

        1 GeoGebra軟件簡介

        GeoGebra軟件[1-2]誕生于2002年,是由美國佛羅里達(dá)州亞特蘭大學(xué)的Markus Hohenwarter教授設(shè)計出的一款結(jié)合幾何、代數(shù)、微積分和概率統(tǒng)計的免費動態(tài)數(shù)學(xué)軟件。不同于需要編程的MATLAB軟件,這款軟件簡單易學(xué),作圖快捷高效,可以利用滑動條在3D繪圖區(qū)展示圖形動態(tài)的形成過程。目前的最新版本是GeoGebra 6.0,美中不足的是新版軟件導(dǎo)出中缺少了GeoGebra 5.0版本中的動畫模式。

        2 借助GeoGebra,認(rèn)識空間解析幾何中的平面和曲面[3-5]

        2.1 借助GeoGebra,認(rèn)識空間解析幾何中的平面

        高等數(shù)學(xué)(同濟(jì)版)第8章第三節(jié)平面及其方程中提及到對于一些特殊的三元一次方程應(yīng)該熟悉它們的圖形特點,但只靠語言的描述無法提高學(xué)生的想象力,因此,對這部分的描述利用GeoGebra軟件進(jìn)行恰當(dāng)舉例繪制,用以輔助教學(xué),加深學(xué)生對特殊情況的理解。

        例如:對于平面的一般方程Ax+By+Cz+D=0

        當(dāng)A=0時,方程成為By+Cz+D=0,法向量n=(0,B,C)垂直于x軸,方程表示一個平行于(或包含)x軸的平面,不失一般性,在GeoGebra軟件中拖動滑動條B、C、D使其值由-5變動到5,得到了如圖1所示的效果圖。同理,可在軟件中觀察Ax+Cz+D=0和Ax+By+D=0分別表示一個平行于(或包含)y軸和z軸的平面。

        圖1 平行于(或包含)x軸的平面Fig.1 Plane parallel to (or containing) the x-axis

        當(dāng)A=B=0時,方程成為Cz+D=0,法向量n=(0,0,C)同時垂直于x軸和y軸,方程表示一個平行于(或重合于)xOy面的平面,不失一般性,在GeoGebra軟件中拖動滑動條C、D使其值由-5變動到5,得到了如圖2所示的效果圖。同理,可在軟件中觀察Ax+D=0和By+D=0分別表示一個平行于(或重合于)yOz面和xOz面的平面。

        圖2 z=ycotα平面Fig.2 Plane of z=ycotα

        2.2 借助GeoGebra,認(rèn)識空間解析幾何中的曲面

        2.2.1 借助GeoGebra,認(rèn)識空間解析幾何中的圓錐面

        圓錐面是由直線L繞另一條與L相交的直線旋轉(zhuǎn)一周所得的旋轉(zhuǎn)曲面。若在GeoGebra軟件中輸入函數(shù)z=ycotα,當(dāng)確定了α值時,就會在3D繪圖區(qū)出現(xiàn)一個包含x軸的平面,如圖3所示。

        圖3 平行于(或重合于)xoy面的平面Fig.3 Planes parallel to (or overlapping with) the xoy plane

        圖4 圓錐面Fig.4 Conical surface

        圖5 z=ycotα直線Fig.5 Line ofz=ycotα

        輸入滑動條θ角度使空間中的直線能繞某一條直線轉(zhuǎn)動一周構(gòu)成旋轉(zhuǎn)曲面,調(diào)出曲面命令:曲面(直線、旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)軸)即可得到如圖5所示的效果圖。

        2.2.2 借助GeoGebra,認(rèn)識空間解析幾何中的拋物柱面

        圖6 拋物運動Fig.6 Parabolic motion

        圖7 拋物柱面Fig.7 Parabolic column face

        當(dāng)滑動條a從-5變動到5時,母線就可以沿著拋物線運動,得到的運動軌跡就是拋物柱面,效果圖如圖7所示。

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